太空船追星球

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原作者:黃乃文
關鍵詞:槓桿原理,力矩
同義詞:行星吊飾,平衡桿陀螺

剪刀和蹺蹺板都是常見的工具與玩具,我們卻很少關注其中的原理;藉著簡單的操作,讓我們來認識槓桿原理吧!


探究問題

  1. 槓桿原理是什麼?
  2. 天平的兩側一定要一樣重、一樣長嗎?
  3. 是否可以將天平做成陀螺或吊飾呢?


實作項目

  1. 材料
    油黏土、寶特瓶、鐵絲、玻璃珠、紙張、剪刀及膠帶。
  2. 製作
    1. 將兩個質量相等、體積不同的物體(例如玻璃珠與紙球),固定在長鐵絲的兩端,然後在鐵絲上找到平衡點並做一個凸起物,將鐵絲立在寶特瓶蓋上保持水平。
      1. 問題一:為什麼天平能保持平衡?先猜想再操作。
      2. 問題二:天平平衡時,重心在中央嗎?先猜想再操作。
    2. 用另一根鐡絲做一個掛勾,將活動1.的裝置掛在鐡絲的一端,並把另一物體掛在鐡絲的另一側
      1. 問題一:是否能讓第二根鐡絲保持平衡?先猜想再操作。
      2. 問題二:挑戰看看最多可以掛幾層鐡絲?先猜想再操作。


結果與討論

  1. 不論懸臂長短或懸掛物體的重量,只要支點兩側的「力矩」相等便可達到平衡。
  2. 重心越低時,天平越容易在寶特瓶蓋上保持平衡。
  3. 當天平在寶特瓶蓋上平衡後,可旋轉天平成為陀螺。改變天平兩側物體的面積可以改變風阻;又若寶特瓶蓋很光滑時,天平陀螺能轉得較久。
  4. 不論懸吊或支撐在寶特瓶蓋上,只要支點兩側的力矩相等,天平都可以平衡。



教學目標

玩中學的模式,適用於各年齡層。

  1. 知識上:認識天平平衡的原理。
  2. 技能上:能運用力矩平衡原理製作陀螺及天平吊飾。
  3. 情意上:對生活科學產生興趣,願意深入研究科學。

應用

  1. 在科學上:了解天平的原理與運用。
  2. 在科技上:製造陀螺儀。
  3. 在藝術上:製作不同造型的旋轉陀螺與天平吊飾。
  4. 進階活動:行星模型的建造。

參考資料